EP4095429A1 - Récipient cryogénique - Google Patents

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EP4095429A1
EP4095429A1 EP22166428.7A EP22166428A EP4095429A1 EP 4095429 A1 EP4095429 A1 EP 4095429A1 EP 22166428 A EP22166428 A EP 22166428A EP 4095429 A1 EP4095429 A1 EP 4095429A1
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EP
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wall
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cap
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guide
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EP22166428.7A
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Lucien Varrassi
Phillippe CADEAU
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Cryolor SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Cryolor SA
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Publication date
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a cryogenic vessel, in particular a storage tank for cryogenic fluid.
  • the invention relates more particularly to a cryogenic container, in particular cryogenic fluid storage tank, comprising an internal wall delimiting a storage volume and an external wall arranged around the internal wall with an inter-wall spacing insulated under vacuum, the external wall being provided with a pressure relief valve configured to evacuate excess pressure in the inter-wall spacing, the pressure relief valve comprising a cap mounted movable relative to an opening communicating with the inter-wall spacing between a first closing position opening and a second position opening the opening.
  • the invention relates in particular to a pressure relief valve for any container or cryogenic device (fixed or mobile) and in particular for storage tanks for flammable cryogenic liquids (hydrogen in particular).
  • the invention makes it possible in particular to protect the outer envelope (wall) of a fixed tank or a mobile semi-trailer against overpressure in the inter wall (between the inner wall forming the inner tank and the wall forming the outer envelope).
  • the known pressure relief valves (generally called “vacuum tape”) are however generally bulky, expensive and unsatisfactory. In particular, their automatic opening/closing mechanism is bulky and/or unreliable.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
  • the container according to the invention is essentially characterized in that the cap is movable and guided vertically between its first and second positions via a system guide located inside the opening and in that the cap is configured to be moved to the second position by an overpressure greater than a threshold determined in the spacing between the walls and to return to the second position by gravity when the overpressure exceeds said n determined threshold.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • Fig. 1 represents a cryogenic vessel consisting of a cryogenic fluid storage tank.
  • This reservoir comprises an inner wall or casing 2, for example of generally cylindrical shape, delimiting a storage volume for fluid and an outer wall 3 arranged around the inner wall 2 with an inter-wall spacing 4 insulated under vacuum.
  • the reservoir conventionally comprises circuitry provided with valve(s) which will not be detailed for the sake of conciseness.
  • the outer wall 3 comprises opening 7 closed by an overpressure valve 5 configured to evacuate excess pressure in the inter-wall spacing 4 in the event of a failure.
  • the opening 7 is for example delimited by a tubular portion 13 of wall(s) connected to the external wall 3.
  • the pressure relief valve 5 can be formed at the terminal end of a tubular portion 13 of wall(s) which is vertical in the configuration of use and connected to a side of the outer wall 3, for example, via an elbow.
  • the overpressure valve 5 comprises a cap 6, for example discoidal, movably mounted relative to the circular opening 7 which communicates with the inter-wall spacing 4.
  • the cap 6 is movable in a first position closing the opening 7 and a second position opening the opening 7.
  • the cap 6 is movably mounted and guided vertically between its first and second positions via a guide system 9, 10 located inside the opening 7 (or tubular portion 13).
  • the cap 6 is configured to be moved freely to the second position by an overpressure greater than a determined threshold in the inter-wall spacing 4. That is to say, when the pressure in the inter-walls exceeds a threshold determined, this pressure lifts the cap to open the opening 7.
  • a sealing member 8 such as an O-ring can be provided on the edge of the opening 7 to ensure leaktight closing of the opening 7. The seal 8 is thus crushed when the cap 6 is in its first closed position. under the action of vacuum.
  • the guide system comprises a pin 10 integral with the cap 6 and a guide 9 of the pin 10 mounted in the opening 7.
  • the guide 9 is integral with the opening.
  • an upper end of axle 10 is screwed into cap 6.
  • the guide 9 of the axis can comprise a tubular part receiving the axis 9 in vertical sliding.
  • This guide 9 is for example held in the opening 7 (preferably centered in the tubular portion 13) via a set of support arms 11 fixed to a wall delimiting the opening 7.
  • a set of support arms 11 fixed to a wall delimiting the opening 7.
  • three support arms 11 are provided and distributed at 120 degrees around the guide.
  • One end of the arms can be welded to the guide 9 and another end of the arms 11 can be welded to the internal wall of the tubular portion 13.
  • the shaft 10 is for example cylindrical with a disc-shaped section.
  • the guide 9 is preferably sized to ensure guidance of the pin 10 along a vertical length at least equal to twice the transverse dimension (diameter) of the pin 10.
  • a flyweight 12 is provided to contribute to closing the cap 6.
  • the flyweight 12 is preferably located at a second lower end of the pin 10.
  • the flyweight 12 and/or the pin can form a protrusion abutting against the guide 9 (or other) to limit the high position of the cap 6 and prevent its separation from the orifice and the container.
  • the pin 10 may include a transverse locking member 14 forming an abutment limiting the lower vertical position of the pin 10.
  • This locking member 14 which may include a pin (preferably elastic) mounted through the axis 10, prevents axis 10 from falling into the inter-walls 4 in the event of separation of the cap 6. Any other transverse blocking member can be envisaged.
  • the mechanism for guiding, recalling and attaching cover 6 can be fully integrated into orifice 7.
  • the terminal end of the tubular portion 13 of the vertical wall(s) is located at the same level or below the upper end of the outer walls 3.
  • the invention could apply to other containers, in particular to a cold box of a cryogenic installation (liquefaction for example).

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Abstract

Récipient (1) cryogénique, notamment réservoir de stockage de fluide cryogénique, comprenant une paroi interne (2) délimitant un volume de stockage et une paroi (3) externe disposée autour de la paroi interne (2) avec un espacement (4) inter-parois isolé sous vide, la paroi externe (3) étant munie d'un clapet (5) de surpression configuré pour évacuer la un excès de pression dans l'espacement (4) inter-parois, le clapet (5) de surpression comprenant un capuchon (6) monté mobile relativement à une ouverture (7) communiquant avec l'espacement (4) inter-parois entre une première position refermant l'ouverture (7) et une seconde position ouvrant l'ouverture (7), caractérisé en ce que le capuchon (6) est mobile et guidé verticalement entre ses première et seconde positions via un système (9, 10) de guidage situé à l'intérieur de l'ouverture (7) et en ce que le capuchon (6) est configuré pour être déplacé vers seconde position par une surpression supérieure à un seuil déterminé dans l'espacement (4) l'inter-parois et pour revenir vers seconde position par gravité lorsque la surpression supérieure audit n seuil déterminé.

Description

  • L'invention concerne un récipient cryogénique, notamment un réservoir de stockage de fluide cryogénique.
  • L'invention concerne plus particulièrement un récipient cryogénique, notamment réservoir de stockage de fluide cryogénique, comprenant une paroi interne délimitant un volume de stockage et une paroi externe disposée autour de la paroi interne avec un espacement inter-parois isolé sous vide, la paroi externe étant munie d'un clapet de surpression configuré pour évacuer la un excès de pression dans l'espacement inter-parois, le clapet de surpression comprenant un capuchon monté mobile relativement à une ouverture communiquant avec l'espacement inter-parois entre une première position refermant l'ouverture et une seconde position ouvrant l'ouverture.
  • L'invention concerne en particulier un clapet de surpression pour tout récipient ou appareil cryogénique (fixe ou mobile) et notamment pour les réservoirs de stockage de liquides cryogéniques inflammables (hydrogène notamment).
  • L'invention permet en particulier de protéger l'enveloppe (paroi) extérieure d'un réservoir fixe ou d'une semi remorque mobile contre une surpression dans l'inter paroi (entre le la paroi interne formant le réservoir intérieur et la paroi formant l'enveloppe extérieure).
  • En effet, en cas de défaillance et de surpression dans l'inter-parois, il faut pouvoir évacuer cette surpression et éviter ensuite de pomper l'air ambiant lors de la remise sous vide.
  • Il est notamment important d'éviter de générer un volume de gaz explosif lors d'une fuite de liquide inflammable.
  • Les clapets de surpression connus (appelés généralement « tape à vide ») sont cependant généralement encombrants, coûteux et insatisfaisant. En particulier, leur mécanisme d'ouverture/fermeture automatique est volumineux et/ou peu fiable.
  • Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
  • A cette fin, le récipient selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le capuchon est mobile et guidé verticalement entre ses première et seconde positions via un système de guidage situé à l'intérieur de l'ouverture et en ce que le capuchon est configuré pour être déplacé vers seconde position par une surpression supérieure à un seuil déterminé dans l'espacement l'inter-parois et pour revenir vers seconde position par gravité lorsque la surpression supérieure audit n seuil déterminé.
  • Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • le capuchon et/ou l'ouverture comprend un organe d'étanchéité tel qu'un joint assurant, dans sa première position une fermeture étanche de l'ouverture,
    • l'organe d'étanchéité est écrasé entre une paroi délimitant l'ouverture et le capuchon dans sa première position,
    • le système de guidage comprend un axe solidaire du capuchon et une guide de l'axe monté solidaire dans l'ouverture,
    • le guide de l'axe comprend une pièce tubulaire recevant l'axe en coulissement, ledit guide de l'axe étant maintenu dans l'ouverture via un ensemble de bras support fixé(s) à une paroi délimitant l'ouverture,
    • le guide de l'axe assure un guidage de l'axe selon sur une longueur verticale au moins égale à deux fois la dimension transversale de l'axe,
    • l'axe comprend un organe de blocage transverse formant une butée limitant la position verticale basse de l'axe,
    • le capuchon et/ou le système de guidage comprend une masselotte pour solliciter par gravité le capuchon vers seconde position,
    • la masselotte est solidaire de l'axe,
    • la masselotte est située à une extrémité inférieure de l'axe et forme une butée limitant la position verticale haute du capuchon,
    • l'ouverture est délimitée par une portion tubulaire de paroi(s) raccordée à la paroi externe,
    • la portion tubulaire de paroi(s) est verticale et est raccordée à un flanc de la paroi externe via un coude,
    • l'extrémité terminale de la portion tubulaire de paroi(s) verticale et située au même niveau ou en-dessous de l'extrémité supérieure de la parois (3) externe,
    • le dispositif est un réservoir de stockage de fluide cryogénique, la paroi interne délimitant un volume de stockage pour le fluide,
    • le dispositif est une boîte froide d'une installation cryogénique abritant des composants cryogéniques.
  • L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
    • [Fig. 1] représente une vue en coupe verticale et longitudinale, schématique et partielle, illustrant un exemple de récipient mettant en œuvre l'invention,
    • [Fig. 2] représente une vue en coupe verticale, schématique et partielle, d'un détail du clapet de surpression du récipient de la [Fig. 1],
    • [Fig. 3] représente une vue en perspective, schématique, partielle et en transparence, d'un détail du clapet,
    • [Fig. 4] représente une vue en perspective, schématique et partielle d'une demi-coupe dudit clapet de surpression.
  • La [Fig. 1] représente un récipient cryogénique constitué d'un réservoir de stockage de fluide cryogénique. Ce réservoir comprend une paroi ou enveloppe interne 2, par exemple de forme générale cylindrique, délimitant un volume de stockage pour du fluide et une paroi 3 externe disposée autour de la paroi interne 2 avec un espacement 4 inter-parois isolé sous vide.
  • Le réservoir comprend classiquement une circuiterie munie de vanne(s) qui ne sera pas détaillée par soucis de concision.
  • La paroi externe 3 comprend ouverture 7 refermée par un clapet 5 de surpression configuré pour évacuer un excès de pression dans l'espacement 4 inter-parois en cas de défaillance. L'ouverture 7 est par exemple délimitée par une portion tubulaire 13 de paroi(s) raccordée à la paroi externe 3.
  • Comme illustré, le clapet 5 de surpression peut être formé à l'extrémité terminale d'une portion tubulaire 13 de paroi(s) qui est verticale en configuration d'utilisation et raccordée à un flanc de la paroi externe 3, par exemple, via un coude.
  • Le clapet 5 de surpression comprend un capuchon 6, par exemple discoïdale, monté mobile relativement à l'ouverture 7 circulaire qui communique avec l'espacement 4 inter-parois.
  • Le capuchon 6 est mobile une première position refermant l'ouverture 7 et une seconde position ouvrant l'ouverture 7.
  • Plus précisément, le capuchon 6 est monté mobile et guidé verticalement entre ses première et seconde positions via un système 9, 10 de guidage situé à l'intérieur de l'ouverture 7 (ou portion tubulaire 13).
  • Le capuchon 6 est configuré pour être déplacé librement vers seconde position par une surpression supérieure à un seuil déterminé dans l'espacement 4 inter-paroi. C'est-à-dire que, lorsque la pression dans l'inter-parois excède un seuil déterminé, cette pression vient soulever le capuchon pour ouvrir l'ouverture 7.
  • De même, lorsque cette surpression cesse, le capuchon 6 revient automatiquement vers seconde position par gravité.
  • Un organe d'étanchéité 8 tel qu'un joint torique peut être prévu sur la bordure de l'ouverture 7 pour assurer fermeture étanche de l'ouverture 7. Le joint 8 est ainsi écrasé lorsque le capuchon 6 est dans sa première position une fermeture sous l'action du vide.
  • Dans l'exemple illustré, le système de guidage comprend un axe 10 solidaire du capuchon 6 et une guide 9 de l'axe 10 monté dans l'ouverture 7. De préférence le guide 9 est solidaire de l'ouverture. Par exemple, une extrémité supérieure de l'axe 10 est vissé dans le capuchon 6.
  • Le guide 9 de l'axe peut comprendre une pièce tubulaire recevant l'axe 9 en coulissement vertical. Ce guide 9 est par exemple maintenu dans l'ouverture 7 (de préférence centré dans la portion tubulaire 13) via un ensemble de bras 11 support fixé(s) à une paroi délimitant l'ouverture 7. Dans l'exemple illustré à la [Fig. 3], par exemple trois bras 11 support sont prévus et répartis à 120 degrés autour du guide. Une extrémité des bras peut être soudée au guide 9 et une autre extrémité des bras 11 peut être soudée à la paroi interne de la portion tubulaire 13.
  • L'axe 10 est par exemple cylindrique à section en forme de disque. Le guide 9 est de préférence dimensionné pour assurer un guidage de l'axe 10 selon sur une longueur verticale au moins égale à deux fois la dimension transversale (diamètre) de l'axe 10.
  • De préférence une masselotte 12 est prévue pour contribuer à la fermeture du capuchon 6. La masselotte 12 est située de préférence au niveau d'une seconde extrémité inférieure de l'axe 10. La masselotte 12 et/ou l'axe peut former une excroissance venant en butée contre le guide 9 (ou autre) pour limiter la position haute du capuchon 6 et empêcher sa séparation de l'orifice et du récipient.
  • Comme illustré à la [Fig. 4], l'axe 10 peut comprendre un organe 14 de blocage transverse formant une butée limitant la position verticale basse de l'axe 10. Cet organe 14 de blocage, qui peut comprendre une goupille (de préférence élastique) montée au travers de l'axe 10, empêche l'axe 10 de tomber dans l'inter-parois 4 en cas de désolidarisation du capuchon 6. Tout autre organe de blocage transverse peut être envisagé.
  • Ainsi, le mécanisme de guidage, de rappel et d'attache du couvercle 6 peut être intégré intégralement dans l'orifice 7.
  • Comme illustré à la [Fig. 1], notamment dans le cas d'un réservoir cryogénique horizontal mobile (semi-remorque ou autre), l'extrémité terminale de la portion tubulaire 13 de paroi(s) verticale est située au même niveau ou en-dessous de l'extrémité supérieure de la parois 3 externe.
  • Bien entendu, l'invention pourrait s'appliquer à d'autres récipient, notamment à une boîte froide d'une installation cryogénique (liquéfaction par exemple).

Claims (14)

  1. Récipient (1) cryogénique, notamment réservoir de stockage de fluide cryogénique, comprenant une paroi interne (2) délimitant un volume de stockage et une paroi (3) externe disposée autour de la paroi interne (2) avec un espacement (4) inter-parois isolé sous vide, la paroi externe (3) étant munie d'un clapet (5) de surpression configuré pour évacuer la un excès de pression dans l'espacement (4) inter-parois, le clapet (5) de surpression comprenant un capuchon (6) monté mobile relativement à une ouverture (7) communiquant avec l'espacement (4) inter-parois entre une première position refermant l'ouverture (7) et une seconde position ouvrant l'ouverture (7), le capuchon (6) étant mobile et guidé verticalement entre ses première et seconde positions via un système (9, 10) de guidage situé à l'intérieur de l'ouverture (7) et en ce que le capuchon (6) est configuré pour être déplacé vers seconde position par une surpression supérieure à un seuil déterminé dans l'espacement (4) l'inter-parois et pour revenir vers première position par gravité lorsque la surpression supérieure audit seuil déterminé, caractérisé en ce que le système (9, 10) de guidage comprend un axe (10) solidaire du capuchon (6) et une guide (9) de l'axe (10) monté dans l'ouverture (7).
  2. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capuchon (6) et/ou l'ouverture (7) comprend un organe d'étanchéité (8) tel qu'un joint assurant, dans sa première position une fermeture étanche de l'ouverture (7).
  3. Récipient selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité (8) est écrasé entre une paroi délimitant l'ouverture et le capuchon (6) dans sa première position.
  4. Récipient selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le guide (9) de l'axe comprend une pièce tubulaire recevant l'axe (9) en coulissement, ledit guide (9) de l'axe (10) étant maintenu dans l'ouverture via un ensemble de bras (11) support fixé (s) à une paroi délimitant l'ouverture (7) .
  5. Récipient selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le guide (9) de l'axe (10) assure un guidage de l'axe (10) selon sur une longueur verticale au moins égale à deux fois la dimension transversale de l'axe (10).
  6. Récipient selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'axe (10) comprend un organe (14) de blocage transverse formant une butée limitant la position verticale basse de l'axe (10).
  7. Récipient selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le capuchon (6) et/ou le système (9, 10) de guidage comprend une masselotte (12) pour solliciter par gravité le capuchon (6) vers seconde position.
  8. Récipient selon l'une quelconque des revendication 1 à 7, combinée à la revendication 8, caractérisé en ce que la masselotte (12) est solidaire de l'axe (9).
  9. Récipient selon la revendication 8, caractérisé en ce que la masselotte (12) est située à une extrémité inférieure de l'axe (9) et forme une butée limitant la position verticale haute du capuchon (6).
  10. Récipient selon l'une quelconque des revendication 1 à 9, caractérisé en ce que l'ouverture (7) est délimitée par une portion tubulaire (13) de paroi(s) raccordée à la paroi externe (3) .
  11. Récipient selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la portion tubulaire (13) de paroi(s) est verticale et est raccordée à un flanc de la paroi externe (3) via un coude.
  12. Récipient selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'extrémité terminale de la portion tubulaire (13) de paroi(s) verticale et située au même niveau ou en-dessous de l'extrémité supérieure de la parois (3) externe.
  13. Récipient selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est un réservoir de stockage de fluide cryogénique, la paroi interne (2) délimitant un volume de stockage pour le fluide.
  14. Récipient selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est une boîte froide d'une installation cryogénique abritant des composants cryogéniques.
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